專利名稱：生物分子形狀的轉(zhuǎn)錄方法、芯片基片的制作方法及生物芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物分子形狀的轉(zhuǎn)錄方法、芯片基片的制作方法及生物芯片的制作方法。特別涉及通過這些方法制作的壓膜(stamper)、芯片基片、生物芯片和其他光學(xué)部件等。
背景技術(shù)：
在基片上二維排列DNA或蛋白質(zhì)等生物分子的生物芯片被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域、環(huán)境領(lǐng)域的研究等。特別是，在芯片基片上二維排列蛋白質(zhì)分子(以下僅稱為蛋白質(zhì))的蛋白質(zhì)芯片正在被開發(fā)用于診斷、藥品開發(fā)、個體鑒定、生物體系的解析等用途。
將各種探針(蛋白質(zhì))排列固定在蛋白質(zhì)芯片的芯片基片上。如果將血液等樣品同所述探針接觸，則根據(jù)各個探針的結(jié)構(gòu)，只有樣品中的特定靶(蛋白質(zhì))同探針結(jié)合。因此，如果將探針和靶結(jié)合時引起的探針特性的變化轉(zhuǎn)換成光、電等信號并讀取這些信號，可以鑒定靶蛋白質(zhì)的種類，闡明蛋白質(zhì)的表達(dá)機(jī)制和相互作用。例如，如果使用抗體作為探針，由于僅樣品中的特定抗原(例如，炭疽菌、天花等特定病毒的抗原)和所述抗體反應(yīng)，并吸附在蛋白質(zhì)芯片上，因此，可以檢測出樣品中有無特定的抗原。而且，可以測定吸附在抗體上的抗原的量和樣品中的抗原的減少量。
但是，如圖1所示，當(dāng)在芯片基片3上排列的探針1朝向任意方向排列時，沒有正確排列的探針1并不能吸附靶4。
而且，通常在朝向任意方向的探針1的間隙會捕獲非特異性的蛋白質(zhì)5，或者固定在芯片基片3上的探針1因經(jīng)過時間而產(chǎn)生的變化或外來因素的作用，其可能會從芯片基片3上脫落。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的生物分子形狀的轉(zhuǎn)錄方法的特征在于，其包括步驟1，在基片上二維排列生物分子；步驟2，在所述生物分子上形成由無機(jī)物質(zhì)組成的薄膜層；步驟3，在所述薄膜層上形成支持層；步驟4，從所述生物分子剝離所述薄膜層及所述支持層。
根據(jù)本發(fā)明的生物分子形狀的轉(zhuǎn)錄方法實(shí)施步驟1～步驟4，可以將納米級的生物分子的形狀轉(zhuǎn)錄在由薄膜層和支持層形成的模具中。而且，將生物分子換成納米級的結(jié)構(gòu)體，還可以轉(zhuǎn)錄納米級的結(jié)構(gòu)體。
本發(fā)明的生物分子形狀的轉(zhuǎn)錄方法的一些實(shí)施方式中，在所述步驟1中，于排列所述生物分子前，對所述基片上的排列所述生物分子的區(qū)域以外的區(qū)域進(jìn)行親水處理、疏水處理及帶電處理中的至少一種處理。由于蛋白質(zhì)等生物分子具有親水性、疏水性及帶電性等性質(zhì)，通過事先在特定區(qū)域?qū)M(jìn)行親水處理、疏水處理、帶電處理等，可以在所希望的區(qū)域排列生物分子，從而，容易使排列的生物分子整齊。
本發(fā)明的生物分子形狀的轉(zhuǎn)錄方法的另外的實(shí)施方式中，在所述步驟1中，在基片上二維排列抗原，通過使生物分子同所述抗原結(jié)合，從而使所述生物分子二維排列在所述基片上。由于可以比較容易地使抗原進(jìn)行二維排列，因此，預(yù)先在基片上二維排列抗原，通過使生物分子同排列的抗原結(jié)合，可以二維排列生物分子。而且，可以使生物分子的方向一致朝向同一方向。
本發(fā)明的生物分子的形狀轉(zhuǎn)錄方法的另外的實(shí)施方式中，在所述步驟2中，平坦地形成所述薄膜層的頂面。如果平坦地形成薄膜層的頂面，在其上形成支持層時，薄膜層和支持層間很難產(chǎn)生間隙，從而提高了由薄膜層和支持層形成的模具的強(qiáng)度，穩(wěn)定了復(fù)制的精度。
在本發(fā)明的生物分子形狀的轉(zhuǎn)錄方法的其他實(shí)施方式中，在所述步驟2中通過噴濺或蒸鍍無機(jī)物質(zhì)形成所述薄膜層，在所述步驟3中通過電鑄和所述薄膜層同樣的無機(jī)物質(zhì)形成所述支持層。通過噴濺或蒸鍍形成薄膜層，可以轉(zhuǎn)錄生物分子形狀。另一方面，為了形成具有足夠強(qiáng)度的厚度的薄膜層，成膜加工時間會非常長。因此，為了避免該問題，通過噴濺或蒸鍍形成薄膜層，在其上通過電鑄形成支持層，可以縮短總的成膜加工時間，同時提高模具的強(qiáng)度。而且，通過用相同的無機(jī)物質(zhì)形成薄膜層和支持層，可以防止薄膜層和支持層之間的剝離。
在本發(fā)明的生物分子形狀的轉(zhuǎn)錄方法的其他實(shí)施方式中，在通過電鑄法形成所述支持層時，用于電鑄的電解液的pH同生物分子的pH大致相等。這樣，可以防止由電解液導(dǎo)致的生物分子的變性。
在本發(fā)明的生物分子形狀的轉(zhuǎn)錄方法的其他實(shí)施方式中，使構(gòu)成所述薄膜層的無機(jī)物質(zhì)的粒徑小于等于50nm。通過減小構(gòu)成薄膜層的無機(jī)物質(zhì)的粒徑，特別是使其粒徑小于等于50nm，可以精密地復(fù)制納米級的生物分子形狀。
在本發(fā)明的生物分子形狀的轉(zhuǎn)錄方法的其他實(shí)施方式中，使所述薄膜層的膜厚小于等于200nm。但是，要使薄膜層的膜厚比生物分子的高度大。如果薄膜層的膜厚小于等于200nm，可以縮短成膜加工時間。
在本發(fā)明的生物分子形狀的轉(zhuǎn)錄方法中，通過將生物分子換成納米級的結(jié)構(gòu)體，可以轉(zhuǎn)錄納米級的結(jié)構(gòu)體。
本發(fā)明的芯片基片的制作方法，其特征在于，其包括步驟1，在基片上二維排列生物分子；步驟2，在所述生物分子上形成由無機(jī)物質(zhì)組成的薄膜層；步驟3，在所述薄膜層上形成支持層；步驟4，將所述薄膜層和所述支持層從所述生物分子剝離，得到具有生物分子的反轉(zhuǎn)形狀的凹部的第1壓膜；步驟5，使用所述第1壓膜制作具有所述生物分子形狀的復(fù)制形狀的第2壓膜；步驟6，使用所述第2壓膜制作第1壓膜的復(fù)制形狀。
如果根據(jù)本發(fā)明的芯片基片的制作方法實(shí)施步驟1～步驟6，可以規(guī)?；a(chǎn)精密轉(zhuǎn)錄了生物分子的芯片基片。
在本發(fā)明的芯片基片的制作方法的實(shí)施方式中，所述步驟1中，利用生物分子的自組裝特性在所述基片上二維排列所述生物分子。如果利用生物分子的自組裝特性使生物分子在基片上定向，可以用簡便的處理容易地二維排列納米級的生物分子，促進(jìn)生物分子的定向化。
本發(fā)明的第1生物芯片的制作方法，其特征在于，其包括步驟1，在基片上二維排列生物分子；步驟2，在所述生物分子上形成由無機(jī)物質(zhì)組成的薄膜層；步驟3，在所述薄膜層上形成支持層；步驟4，剝離所述基片。
如果根據(jù)本發(fā)明的第1生物芯片的制作方法實(shí)施步驟1～步驟4，可以得到使生物分子定向在期望的方向而排列固定的生物芯片。
本發(fā)明的第2生物芯片的制作方法，其特征在于，其包括步驟1，在基片上二維排列生物分子；步驟2，在所述生物分子上形成由無機(jī)物質(zhì)組成的薄膜層；步驟3，在所述薄膜層上形成支持層；步驟4，將所述薄膜層及所述支持層一起從所述生物分子剝離，得到具有生物分子的反轉(zhuǎn)形狀的凹部的第1壓膜；步驟5，使用所述第1壓膜制作具有所述生物分子形狀的復(fù)制形狀的第2壓膜；步驟6，使用所述第2壓膜制作第1壓膜的復(fù)制形狀；步驟7，將特定的生物分子固定于所述第1壓膜的復(fù)制形狀中具有的凹部。
如果根據(jù)本發(fā)明的第2生物芯片的制作方法實(shí)施步驟1～步驟7，可以規(guī)模化生產(chǎn)使生物分子定向在期望的方向而排列固定的生物芯片。
本發(fā)明的芯片基片，其特征在于，其通過如下步驟制作步驟1，在基片上二維排列結(jié)構(gòu)體；步驟2，在所述結(jié)構(gòu)體上形成由無機(jī)物質(zhì)組成的薄膜層；步驟3，在所述薄膜層上形成支持層；步驟4，將所述薄膜層及所述支持層一起從所述結(jié)構(gòu)體剝離，得到具有所述結(jié)構(gòu)體的反轉(zhuǎn)形狀的壓膜；步驟5，使用所述壓膜制作所述結(jié)構(gòu)體的復(fù)制形狀。通過本發(fā)明，可以規(guī)?；a(chǎn)復(fù)制了納米級的結(jié)構(gòu)體的芯片基片。
另外，本發(fā)明以上說明的構(gòu)成要素可以有限度地任意組合。


圖1是說明現(xiàn)有的蛋白質(zhì)芯片中芯片基片上探針排列情況的簡要示意圖；圖2中(a)(b)(c)是表示本發(fā)明的實(shí)施例1的原版蛋白質(zhì)芯片的制作過程的簡要示意圖；圖3中(a)(b)(c)是表示在原版蛋白質(zhì)芯片的制作過程中，在基片的一部分上選擇地固定探針的方法的簡要示意圖；圖4中(a)(b)是表示在原版蛋白質(zhì)芯片的制作過程中，在基片的一部分上選擇地固定探針的其他方法的簡要示意圖；圖5中(a)(b)(c)(d)是說明本發(fā)明的實(shí)施例1的母版壓膜的制作過程的簡要示意圖；圖6中(a)(b)是表示本發(fā)明的實(shí)施例1的壓膜的制作過程的簡要示意圖；圖7中(a)(b)(c)(d)是表示本發(fā)明的實(shí)施例1的芯片基片的制作過程的簡要示意圖；圖8中(a)(b)是表示本發(fā)明的實(shí)施例1的復(fù)制的蛋白質(zhì)芯片的制作過程的簡要示意圖；圖9是說明探針的排列情況的示意圖，其中通過固定化分子，將與探針的結(jié)合部位相對的一端固定在芯片基片上；圖10是本發(fā)明的復(fù)制的蛋白質(zhì)芯片的放大剖面圖；圖11中(a)(b)(c)是表示在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，利用原子、分子、晶體等納米級的結(jié)構(gòu)體制作母版壓膜過程的簡要示意圖；圖12中(a)(b)是表示使用上述的母版壓膜在基片上制作納米級結(jié)構(gòu)體的復(fù)制物的過程的簡要示意圖；圖13是表示在基片上形成的量子點(diǎn)的透視圖；圖14中(a)(b)(c)是說明本發(fā)明的量子元件的制作方法的簡要示意圖；圖15是表示疾病診斷用的蛋白質(zhì)芯片的透視圖；圖16是說明檢測出吸附靶前后的探針的任何變化的方法的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，以復(fù)制蛋白質(zhì)芯片、量子元件的情況為例詳細(xì)地說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
實(shí)施例1本發(fā)明的第1蛋白質(zhì)芯片的制作過程主要包括步驟1，制作原版蛋白質(zhì)芯片；步驟2，通過復(fù)制制作母版壓膜；步驟3，制作壓膜；步驟4，制作芯片基片；步驟5，制作復(fù)制的蛋白質(zhì)芯片。
原版蛋白質(zhì)芯片的制作圖2(a)(b)(c)是表示原版蛋白質(zhì)芯片15的制作過程的簡要示意圖。首先，如圖2(a)所示，準(zhǔn)備洗凈并干燥的沒有附著臟物的清潔的石英玻璃基片等基片11。接著，選擇與作為探針的特定蛋白質(zhì)結(jié)合的抗原12，如圖2(b)所示，在基片11的表面上僅附著1層抗原12并使其定向。例如，事先處理基片11的表面，隨后將基片11浸漬在溶解了抗原12的溶液中，可以在基片11的表面附著抗原12并僅僅使1層定向。但是，根據(jù)蛋白質(zhì)芯片的用途，抗原12并不一定必須定向在基片11的表面。
然后，將所述基片11浸漬在溶解了特定的蛋白質(zhì)探針13的溶液中，溶液中的特定的探針13的結(jié)合部位14和抗原12結(jié)合，如圖2(c)所示，特定的探針13以結(jié)合部位14向下的狀態(tài)定向在基片11的表面，得到原版蛋白質(zhì)芯片15。因此，通過這樣預(yù)先將抗原12定向附著在基片11的表面，可以以定向的狀態(tài)，方向一致地將特定的探針13排列固定在基片11的表面。而且，通過選擇抗原12的種類，可以選擇同其特定結(jié)合的探針13的種類。
對于圖2的原版蛋白質(zhì)芯片15的情況，基片11的整個面附著有探針13，但是，有時希望僅在基片11的部分區(qū)域選擇性地固定探針13。例如，將基片11的表面劃分為多個區(qū)域，在各區(qū)域事先固定不同的蛋白質(zhì)(例如，捕獲炭疽菌排出的特有的蛋白質(zhì)或抗原的探針；捕獲天花病毒排出的特有的蛋白質(zhì)或抗原的探針等)，希望同時檢測出多個抗原的情況等。
圖3(a)(b)(c)表示希望在基片1的一部分上選擇性地固定探針1的情況時的步驟。首先，如圖(a)所示，準(zhǔn)備沒有附著臟物的清潔的石英玻璃基片等基片11。接著，如圖3(b)所示，對基片11的表面中要固定探針1的區(qū)域以外的區(qū)域d部分地進(jìn)行親水處理、疏水處理、帶電處理等預(yù)處理。預(yù)處理的區(qū)域d可以事先制作布線圖案。作為進(jìn)行預(yù)處理的方法，有通過噴墨打印機(jī)涂布試劑、通過照相石印形成被膜、通過激光照射或電子束等進(jìn)行帶電處理等方法。由于探針13具有帶電、親水性、疏水性等性質(zhì)，只要根據(jù)要固定的探針13的特性進(jìn)行任一種預(yù)處理，探針13就可以不附著進(jìn)行了預(yù)處理的區(qū)域。預(yù)處理的種類根據(jù)要固定的蛋白質(zhì)的種類選擇。例如，探針13要是親水性的，進(jìn)行疏水處理；探針13要是帶正電，通過進(jìn)行帶正電的預(yù)處理。
在這樣預(yù)處理了的基片11的未預(yù)處理的區(qū)域，如上述事先附著抗原12并使1層定向。
隨后，如果將所述基片11浸漬在溶解了探針13的溶液中，溶液中的特定的探針13的結(jié)合基14吸附在抗原12上，從而固定在基片11上。由于在進(jìn)行了預(yù)處理的區(qū)域d，探針13不會附著，如圖(c)所示，探針13僅僅在未預(yù)處理的區(qū)域部分地附著而形成圖案。
另外，也可以進(jìn)行基片的預(yù)處理以使探針13附著在進(jìn)行了預(yù)處理的區(qū)域。
圖4(a)(b)表示探針13選擇性地固定在基片11的一部分的其他方法。在所述方法中，如圖4(a)所示(例如通過和圖2同樣的方法)在基片11的整個面上固定探針13后，如圖4(b)所示，通過后處理除去不需要的探針13。例如，向基片11照射離子束通過聚焦離子束物理地除去不需要的探針13的方法、通過原子間力顯微鏡物理地除去不需要的探針13的方法等?；蛘?，不從基片11除去不需要的探針13，可以照射激光等電磁波僅僅使其失活。
通過復(fù)制制作母版壓膜圖5(a)(b)(c)(d)是說明母版壓膜18的制作過程的圖。要是如上述制作原版蛋白質(zhì)芯片15，將其作為模具制作母版壓膜18。圖5(a)表示如上述制作的原版蛋白質(zhì)芯片15。在所述步驟中，如圖5(b)所示，通過噴濺或真空蒸鍍在基片11上堆積無機(jī)物質(zhì)使其覆蓋探針13，形成平坦的薄膜層16，接著，如圖5(c)所示，在薄膜層16上通過電鑄法形成由無機(jī)物質(zhì)組成的支持層17。
在此，對于通過噴濺或真空蒸鍍形成的薄膜層16的材料和通過電鑄法形成的支持層17的材料，優(yōu)選使用相同的材料。通過使用相同的材料，可以防止薄膜層16和支持層17的界面的剝離。作為薄膜層16和支持層17的材料，例如，可以使用Ni、Cu、Au、Ti、Ag、Zn等金屬材料，特別優(yōu)選Ni。要是使用Ni，在通過電鑄法形成支持層17時可以減小內(nèi)部應(yīng)力，另外由于硬度高，用作母版壓膜18是最適宜的，而且，成膜時的均勻性也是良好的。另外，通過電鑄法析出支持層17時使用的電解液的pH優(yōu)選和作為探針13的蛋白質(zhì)的pH相同。通過使用相同pH的電解質(zhì)，可以防止在形成支持層17時固定在原版蛋白質(zhì)芯片15上的探針13變性，從而可以精密地復(fù)制探針13的形狀。
另外，通過使噴濺或真空蒸鍍的堆積粒子的粒徑小于等于50nm，可以沒有間隙地得到探針13的結(jié)構(gòu)的形狀，從而可以提高轉(zhuǎn)錄精度。為了使構(gòu)成支持層17的粒子的粒徑小于等于50nm，應(yīng)該調(diào)整噴濺條件或蒸鍍條件。而且，通過將噴濺時或真空蒸鍍時的基片溫度控制在較低溫度(小于等于40℃)，同時減慢堆積速度來控制能量，可以防止探針13失活。
優(yōu)選比探針13的高度(大約小于等于數(shù)百nm)厚而且表面呈平面來形成薄膜層16。通過將薄膜層16的表面形成平面，在其上形成支持層17時，不會在薄膜層16和支持層17之間產(chǎn)生間隙。而且，可以提高由薄膜層16和支持層17這兩層形成的母版壓膜18的強(qiáng)度。
另一方面，如果使薄膜層16的厚度大于等于200mm，通過噴濺或真空蒸鍍的薄膜層16的成膜過程所需時間長，為了避免該問題，通過使薄膜層16的厚度小于等于200nm，同時在其上由比噴濺或真空蒸鍍成膜速度快的電鑄法形成支持層17，可以縮短總的加工時間以提高制作效率，又可以提高母版壓膜18的強(qiáng)度。
這樣在原版蛋白質(zhì)芯片15上形成由薄膜層16和支持層17形成的母版壓膜18后，如圖5(d)所示，當(dāng)將薄膜層16和支持層17一體化從原版蛋白質(zhì)芯片15剝離時，可以得到母版壓膜18。在母版壓膜18中，形成了許多復(fù)制探針13的形狀的模穴19。殘留在模穴19內(nèi)的探針13通過例如照射氧等離子體燃燒探針13而被完全除去。
另外，母版壓膜18即使做成三層或三層以上也沒有關(guān)系，但是，由于加工變得復(fù)雜同時制作母版壓膜18的加工時間變長，因此，優(yōu)選做成二層。
壓膜的制作圖6(a)(b)是表示壓膜20的制作過程的簡要示意圖。制作了母版壓膜18后，以母版壓膜18為基礎(chǔ)制作作為母版壓膜18的反轉(zhuǎn)型的壓膜20。在壓膜20的制作過程中，如圖6(a)所示，將母版壓膜18做成凹型，通過電鑄法等技術(shù)制作壓膜20。如圖6(b)所示，將壓膜20從母版壓膜18剝離時，在壓膜20上，由母版壓膜18的模穴19形成多個探針13的復(fù)制品21。
這樣，通過使用母版壓膜18制作作為其反轉(zhuǎn)型的壓膜20，可以得到與原版蛋白質(zhì)芯片15相同的模具，從而，可以用于轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)芯片的制作。而且，通過使用母版壓膜18制作多個壓膜20，可以由一片原版蛋白質(zhì)芯片15制作多個壓膜20并事先儲存，從而，可以適宜于復(fù)制的蛋白質(zhì)芯片的規(guī)?；a(chǎn)，并穩(wěn)定品質(zhì)。
芯片基片的制作圖7(a)(b)(c)(d)是表示芯片基片26的制作過程的簡要示意圖。制作了壓膜20后，通過使用所述壓膜20可以制作復(fù)制蛋白質(zhì)芯片用的芯片基片26。在芯片基片26的制作過程中，首先如圖7(a)所示，使壓膜20中的復(fù)制品21朝下，從而使復(fù)制品21的尖端接觸固定化分子22(也稱為修飾分子)的層，也可以使固定化分子22局部地附著在復(fù)制品21的尖端。固定化分子22是與探針13的結(jié)合部位相對的部位特異性結(jié)合的分子，可以列舉出氨三乙酸(NTA)衍生物、生物素、抗生物素蛋白等。
接著，如圖7(b)所示，將在尖端保持有固定化分子22的復(fù)制品21壓緊在涂布了未固化的紫外線固化型樹脂24的玻璃基片23上，在紫外線固化型樹脂24上轉(zhuǎn)錄復(fù)制品21的形狀。隨后，如圖7(c)所示，通過玻璃基片23向紫外線固化型樹脂24上照射紫外線(UV)使紫外線固化型樹脂24固化，由此在玻璃基片23上形成由紫外線固化型樹脂24形成的表面層25。接著，剝離壓膜20，如圖7(d)所示，可以得到在玻璃基片23上形成有表面層25的芯片基片26。在芯片基片26的表面層25上凹設(shè)有多個具有復(fù)制品21的反轉(zhuǎn)形狀，即探針13的反轉(zhuǎn)形狀的阱27，在各阱27的底部殘留有固定化分子22。另外，并不必須使用固定化分子22。
復(fù)制的蛋白質(zhì)芯片的制作圖8(a)(b)是表示制作復(fù)制的蛋白質(zhì)芯片30的過程的簡要示意圖。如上述制作芯片基片26后，如圖8(a)所示，對芯片基片26表面的阱27以外的區(qū)域r進(jìn)行親水處理、疏水處理、帶電處理等預(yù)處理。作為進(jìn)行預(yù)處理的方法，有通過噴墨打印機(jī)涂布藥物、通過照相石印形成被膜、通過激光照射或電子束等進(jìn)行帶電處理等方法。由于探針13具有帶電、親水性、疏水性等性質(zhì)，只要根據(jù)要固定的探針13的特性進(jìn)行任一種預(yù)處理，就可以使探針13不固定在阱27以外的區(qū)域。另外，圖8(a)的工序可以省略。
接著，如果將所述芯片基片26浸漬在溶解有探針13的溶液中，如圖8(b)所示，僅僅和阱27形狀一致的特定探針13(特定蛋白質(zhì))被選擇性地捕獲在阱27內(nèi)，通過固定化分子22固定在芯片基片26上。例如，如果事先在與探針13的結(jié)合部位相對側(cè)的端部標(biāo)記組氨酸-標(biāo)記物(His-Tag)，在阱27的底部附著作為固定化分子22的氨三乙酸衍生物，如圖9所示，組氨酸-標(biāo)記物28和氨三乙酸衍生物29的Ni2+結(jié)合，可以將探針13固定在阱27內(nèi)。在此所述的組氨酸-標(biāo)記物28可以使用基因工程技術(shù)標(biāo)記在探針13上，其標(biāo)記的位置任意性高，可以簡便地抑制探針13的失活。而且，由于在阱27以外的區(qū)域?qū)嵤┝祟A(yù)處理，可以防止探針13固定在阱27以外的區(qū)域。這樣，可以制作如圖8(b)的復(fù)制的蛋白質(zhì)芯片30。
圖10是如上述制作的復(fù)制的蛋白質(zhì)芯片30的放大剖面圖。對于所述復(fù)制的蛋白質(zhì)芯片30，在玻璃基片23上形成由樹脂制成的表面層25，而構(gòu)成芯片基片26，在表面層25上凹設(shè)有多個整齊排列的阱27。固定化分子22存在于各阱27的底部，形狀一致的特異性探針13嵌入各阱27中，通過固定化分子22固定在阱27內(nèi)。在復(fù)制蛋白質(zhì)芯片30的表面捕獲的各探針13，由于任何一個結(jié)合部位14都朝向上面，因此，通過探針13的結(jié)合部位14可以高效率地吸附特定靶32。另外，在區(qū)域r實(shí)施的預(yù)處理可以保留，也可以除去。
實(shí)施例2本發(fā)明的蛋白質(zhì)芯片的另一種制造過程主要包括步驟1，制作原版蛋白質(zhì)芯片；步驟2，形成具有薄膜層和支持層的蛋白質(zhì)芯片基片。
首先，根據(jù)和實(shí)施例1同樣的步驟制作原版蛋白質(zhì)芯片15。進(jìn)而，根據(jù)和實(shí)施例1同樣的步驟，形成薄膜層16和支持層17。隨后，僅僅剝離基片11，將探針13保留在薄膜層16和支持層17側(cè)，這樣可以得到在由薄膜層16和支持層17組成的蛋白質(zhì)芯片基片上固定了探針13的蛋白質(zhì)芯片。在抗原12附著于探針13上時，除去所述抗原12。
與實(shí)施例1相比，實(shí)施例2雖然在規(guī)?；a(chǎn)方面較差，但是，可以得到固定有朝向期望的方向的整齊排列的蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)芯片。
實(shí)施例3在實(shí)施例1中，復(fù)制的蛋白質(zhì)芯片的制作過程中制作的母版壓膜18可以用作量子點(diǎn)、照相刻痕晶體等量子元件。用作量子元件時，為制作母版壓膜18，可以不使用抗原12，利用生物分子(蛋白質(zhì))的自組裝，將探針二維排列在芯片基片上。作為二維排列的蛋白質(zhì)，有鐵蛋白、過氧化物酶、(chavellonine，シヤベロニン)、SRCa2+三磷酸腺苷分解酶、微管蛋白、鏈霉抗生素蛋白、視紫質(zhì)。另外，不一定必須使用蛋白質(zhì)。
例如，如圖11(a)所示，在基片11的表面排列原子、分子、晶體等納米級的結(jié)構(gòu)體31后，通過噴濺或真空蒸鍍堆積無機(jī)物質(zhì)，在所述結(jié)構(gòu)體31上形成薄膜層16。接著，如圖11(b)所示，通過電鑄法，在所述薄膜層16上由相同無機(jī)物質(zhì)形成支持層17。在此，如果使構(gòu)成薄膜層16的無機(jī)物質(zhì)的粒徑小于等于例如50nm，可以精確地轉(zhuǎn)錄納米級的結(jié)構(gòu)體31的形狀。然后，將結(jié)構(gòu)體31和基片11剝離，如圖11(c)所示，可以得到由薄膜層16和支持層17組成的母版壓膜18，在母版壓膜18的下面形成做成了結(jié)構(gòu)體31的反轉(zhuǎn)形狀的模穴19。
隨后，如圖12(a)所示，使用母版壓膜18使樹脂、金屬材料等成型，如圖12(b)所示，可以在基片33上形成納米級結(jié)構(gòu)體31的復(fù)制物32。這樣形成的復(fù)制物32可以應(yīng)用于量子點(diǎn)、量子細(xì)線、量子井等。而且，也可以應(yīng)用于照相刻痕晶體。
圖14(a)(b)(c)是表示本發(fā)明的量子元件的制造方法的簡要示意圖。圖14(a)所示的納米壓膜37和實(shí)施例1中的母版壓膜18同樣來制作，在納米壓膜37的下面形成以生物分子作為原型的納米級的凹槽38(模穴19)。對于單一電子晶體管等情況，為部分得到細(xì)線結(jié)構(gòu)，事先用電子射線石印等形成凹槽39。如圖14(b)所示，在基片40的表面上形成半導(dǎo)體層41，在半導(dǎo)體層41上涂布未固化的樹脂42，然后，從上面用納米壓膜37壓緊，通過凹槽38和凹槽39使樹脂42成型。接著，使樹脂42固化后，剝離納米壓膜37，如圖14(b)所示，在半導(dǎo)體層41上會形成由樹脂42產(chǎn)生的點(diǎn)狀和細(xì)線狀的圖案。將所述樹脂產(chǎn)生的圖案作為掩模，通過離子蝕刻，對半導(dǎo)體層41制作布線圖案后，除去樹脂42，得到由半導(dǎo)體層41產(chǎn)生的量子點(diǎn)43和細(xì)線44。
如果根據(jù)本發(fā)明制作量子元件，是將蛋白質(zhì)等生物分子的二維排列作為原型形成納米級的量子點(diǎn)等，因此，量子點(diǎn)等的尺寸均一性高。而且，利用蛋白質(zhì)的自組裝，生物分子容易整齊排列。另外，由于是壓膜(復(fù)制)方式，使用納米壓膜37可以反復(fù)制作量子點(diǎn)等，從而可以規(guī)模化生產(chǎn)量子元件。
另外，如果這樣可以制作均一尺寸的量子點(diǎn)，如上述可以促進(jìn)量子點(diǎn)激光的實(shí)用化。而且，對于單一電子晶體管，通過使量子點(diǎn)的尺寸均一化，可以使各單一電子晶體管的柵電壓、偏電壓等電壓值均一化。
實(shí)施例4圖15是表示疾病診斷用的蛋白質(zhì)芯片的透視圖。在所述蛋白質(zhì)芯片45上，如放大的示意圖所示，劃分設(shè)置有固定了不同種類的探針13a、13b、13c的多個區(qū)域46a、46b、46c。例如，區(qū)域46a是檢測炭疽菌的區(qū)域，在其上固定的探針13a是同來源于炭疽菌的蛋白質(zhì)、抗原等的靶特異性結(jié)合的蛋白質(zhì)。同樣，區(qū)域46b是檢測天花病毒的區(qū)域，在其上固定的探針13b是同來源于天花病毒的蛋白質(zhì)、抗原等的靶特異性結(jié)合的蛋白質(zhì)。另外，區(qū)域46c是檢測流感病毒的區(qū)域，在其上固定的探針13c是同來源于流感病毒的蛋白質(zhì)、抗原等的靶特異性結(jié)合的蛋白質(zhì)。
當(dāng)將作為檢查樣品的血液滴在所述蛋白質(zhì)芯片45上時，其中含有的靶47(血液中的蛋白質(zhì))結(jié)合在同所述靶47結(jié)合的特異性探針的結(jié)合部位上。例如，要是在血液中含有由天花病毒產(chǎn)生的靶47，所述靶47會結(jié)合在探針13b上。
由于各探針13a、13b、13c在吸附靶的前后會出現(xiàn)特性變化，因此，在蛋白質(zhì)芯片45上滴加血液后，如圖16所示，向蛋白質(zhì)芯片45照射光，并接收由探針13a、13b、13c反射的光。然后，通過分析所述光，檢測探針13a、13b、13c的哪個出現(xiàn)光學(xué)變化，或者其變化量是多少。例如，要是探針13b出現(xiàn)變化，可以判斷在血液中含有由天花病毒產(chǎn)生的靶，從而，可以判斷被采集所述血樣的人可能患有天花。
發(fā)明效果通過本發(fā)明，可以規(guī)?；a(chǎn)生物分子的固定化優(yōu)越的芯片基片、使用該芯片基片的生物芯片、量子元件等。
權(quán)利要求
1.一種生物分子形狀的轉(zhuǎn)錄方法，其特征在于，其包括步驟1，在基片上二維排列生物分子；步驟2，在所述生物分子上形成由無機(jī)物質(zhì)組成的薄膜層；步驟3，在所述薄膜層上形成支持層；步驟4，將所述薄膜層和所述支持層一起從所述生物分子上剝離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物分子形狀的轉(zhuǎn)錄方法，其特征在于，在所述步驟1中，在排列所述生物分子前，對所述基片上排列所述生物分子的區(qū)域以外的區(qū)域進(jìn)行親水處理、疏水處理及帶電處理的至少一種處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物分子形狀的轉(zhuǎn)錄方法，其特征在于，在所述步驟1中，通過在基片上二維排列抗原，然后使所述生物分子同所述抗原結(jié)合，從而使所述生物分子二維排列在所述基片上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物分子形狀的轉(zhuǎn)錄方法，其特征在于，在所述步驟2中，平坦地形成所述薄膜層的上表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物分子形狀的轉(zhuǎn)錄方法，其特征在于，在所述步驟2中，通過噴濺或蒸鍍無機(jī)物質(zhì)形成所述薄膜層；在所述步驟3中通過電鑄與所述薄膜層同樣的無機(jī)物質(zhì)，形成所述支持層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物分子形狀的轉(zhuǎn)錄方法，其特征在于，在所述步驟3中，用于電鑄的電解液的pH同生物分子的pH相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物分子形狀的轉(zhuǎn)錄方法，其特征在于，構(gòu)成所述薄膜層的無機(jī)物質(zhì)的粒徑小于等于50nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物分子形狀的轉(zhuǎn)錄方法，其特征在于，所述薄膜層的厚度小于等于200nm。
9.一種芯片基片的制作方法，其特征在于，其包括步驟1，在基片上二維排列生物分子；步驟2，在所述生物分子上形成由無機(jī)物質(zhì)組成的薄膜層；步驟3，在所述薄膜層上形成支持層；步驟4，將所述薄膜層和所述支持層一起從所述生物分子上剝離，得到具有生物分子的反轉(zhuǎn)形狀的凹部的第1壓膜；步驟5，使用所述第1壓膜制作具有所述生物分子形狀的復(fù)制形狀的第2壓膜；步驟6，使用所述第2壓膜制作第1壓膜的復(fù)制形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的芯片基片的制作方法，其特征在于，在所述步驟1中，利用生物分子的自組裝特性，在所述基片上二維排列所述生物分子。
11.一種生物芯片的制作方法，其特征在于，其包括步驟1，在基片上二維排列生物分子；步驟2，在所述生物分子上形成由無機(jī)物質(zhì)組成的薄膜層；步驟3，在所述薄膜層上形成支持層；步驟4，剝離所述基片。
12.一種生物芯片的制作方法，其特征在于，其包括步驟1，在基片上二維排列生物分子；步驟2，在所述生物分子上形成由無機(jī)物質(zhì)組成的薄膜層；步驟3，在所述薄膜層上形成支持層；步驟4，將所述薄膜層及所述支持層一起從所述生物分子上剝離，得到具有生物分子的反轉(zhuǎn)形狀的凹部的第1壓膜；步驟5，使用所述第1壓膜制作具有所述生物分子形狀的復(fù)制形狀的第2壓膜；步驟6，使用所述第2壓膜制作第1壓膜的復(fù)制形狀；步驟7，將特定的生物分子固定于所述第1壓膜的復(fù)制形狀所具有的凹部。
13.一種壓膜，其特征在于，其通過如下步驟制作步驟1，在基片上二維排列生物分子；步驟2，在所述生物分子上形成由無機(jī)物質(zhì)組成的薄膜層；步驟3，在所述薄膜層上形成支持層；步驟4，將所述薄膜層和所述支持層一起從所述生物分子上剝離。
14.一種芯片基片，其特征在于，其通過如下步驟制作步驟1，在基片上二維排列生物分子；步驟2，在所述生物分子上形成由無機(jī)物質(zhì)組成的薄膜層；步驟3，在所述薄膜層上形成支持層；步驟4，將所述薄膜層及所述支持層一起從所述生物分子上剝離，得到具有生物分子的反轉(zhuǎn)形狀的凹部的第1壓膜；步驟5，使用所述第1壓膜制作具有所述生物分子形狀的復(fù)制形狀的第2壓膜；步驟6，使用所述第2壓膜制作第1壓膜的復(fù)制形狀。
15.一種壓膜，其特征在于，其通過如下步驟制作步驟1，在基片上二維排列生物分子；步驟2，在所述生物分子上形成由無機(jī)物質(zhì)組成的薄膜層；步驟3，在所述薄膜層上形成支持層；步驟4，將所述薄膜層及所述支持層一起從所述生物分子上剝離，得到具有生物分子的反轉(zhuǎn)形狀的凹部的模具；步驟5，使用所述具有生物分子的反轉(zhuǎn)形狀的凹部的模具制作所述生物分子形狀的復(fù)制形狀。
16.一種生物芯片，其特征在于，其通過如下步驟制作步驟1，在基片上二維排列生物分子；步驟2，在所述生物分子上形成由無機(jī)物質(zhì)組成的薄膜層；步驟3，在所述薄膜層上形成支持層；步驟4，剝離所述基片。
17.一種生物芯片，其特征在于，其通過如下步驟制作步驟1，在基片上二維排列生物分子；步驟2，在所述生物分子上形成由無機(jī)物質(zhì)組成的薄膜層；步驟3，在所述薄膜層上形成支持層；步驟4，將所述薄膜層及所述支持層一起從所述生物分子上剝離，得到具有生物分子的反轉(zhuǎn)形狀的凹部的第1壓膜；步驟5，使用所述第1壓膜制作具有所述生物分子形狀的復(fù)制形狀的第2壓膜；步驟6，使用所述第2壓膜制作第1壓膜的復(fù)制形狀；步驟7，將特定的生物分子固定于所述第1壓膜的復(fù)制形狀所具有的凹部。
18.一種芯片基片，其特征在于，其通過如下步驟制作步驟1，在基片上二維排列結(jié)構(gòu)體；步驟2，在所述結(jié)構(gòu)體上形成由無機(jī)物質(zhì)組成的薄膜層；步驟3，在所述薄膜層上形成支持層；步驟4，將所述薄膜層和所述支持層一起從所述結(jié)構(gòu)體上剝離，得到具有所述結(jié)構(gòu)體的反轉(zhuǎn)形狀的壓膜；步驟5，使用所述壓膜制作具有所述結(jié)構(gòu)體的復(fù)制形狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及規(guī)?；a(chǎn)生物芯片、蛋白質(zhì)芯片、量子點(diǎn)、量子芯片等微小的結(jié)構(gòu)體特別是納米級的結(jié)構(gòu)體的方法。其主要采用如下技術(shù)方案，在基片11上二維排列抗原12，為使探針13的結(jié)合部位同抗原12結(jié)合，朝向同一方向二維排列探針13；從探針13朝上的一側(cè)通過噴濺或真空蒸鍍在基片11上堆積無機(jī)物質(zhì)形成平坦的薄膜層16，在形成的平坦的薄膜層16的上表面通過電鑄法析出相同的無機(jī)物質(zhì)形成支持層；隨后，從基片11一起剝離薄膜層16和支持層17，得到具有生物分子形狀的模穴19的母版壓膜18。
文檔編號G01N33/48GK1576841SQ20041007031
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月29日
發(fā)明者松下智彥, 青山茂, 西川武男, 津田裕子, 乘岡茂巳, 和澤鐵一 申請人:歐姆龍株式會社